4.1.1 Força de Usinagem
A força máxima de usinagem é calculada através da soma vetorial das componentes x, y e z máximas. Para o cálculo, também foi feita uma rotina computacional para efetuar a soma de todas as componentes de força x, y e z, resultando em um vetor da força de usinagem a partir do qual foi selecionado o máximo. Isso foi feito para as três condições de corte. A Figura 4.1 mostra os valores máximos obtidos para força de usinagem.
Considerando as condições de corte, o material CL 23 normalizado apresentou as maiores forças máximas de usinagem para as condições baseadas na da Empresa e HPC, a média apresentada para a condição da Empresa foi de 516 12 N e 514 3 N para HPC, assim, estatisticamente ambas apresentam o mesmo valor. A condição HSC é a estratégia que apresentou menor valor, 163 3 N, alcançando uma redução de 68%.
Já para o material resfriado ao forno, a força de usinagem máxima para condição HPC apresentou o maior valor de força 547 7 N. A condição da Empresa foi de 474 13 N, redução de 13% em relação à HPC, sendo o valor intermediário devido à sua área de corte intermediária. A condição HSC é a condição que apresentou menor valor,
164 5 N, obtendo uma redução de 70% em relação a HPC e 65% em relação à condição
da Empresa.
Também, para o aço CL 23 resfriado ao ar, tem-se o mesmo comportamento das forças de usinagem máxima, onde a condição HPC apresentou o maior valor de força 546 5 N. Já para a condição da Empresa, a força foi de 486 6 N, uma redução de 11% em relação a HPC, e a condição HSC é a estratégia que apresentou menor valor, 163 4 N, alcançando uma redução de 70% em relação à estratégia HPC e 66% em relação à condição da Empresa.
Para conferir qual condição de usinagem realmente foi maior, utilizou-se o cálculo do valor RMS ou efetivo do sinal da força, pois tais cálculos levam em consideração todo trem de pulsos do sinal e não apenas um ponto máximo isolado. A Figura 4.2 apresenta os valores obtidos para as diferentes condições de usinagem e microestruturais das peças.
Figura 4.2 - RMS dos sinais das forças de usinagem máximas para diferentes condições de corte e tratamentos térmicos do aço CL 23.
A partir das médias RMS, pode-se notar para o material CL 23 normalizado que a condição HPC apresentou o maior valor, 209,6 2,8 N, justificado pela maior a área de corte. A condição baseada na da Empresa apresentou valor intermediário, cerca de 15%
menor que a HPC, sendo 177,5 5,1 N, decorrente da área de corte intermediária. Assim
como na força máxima, a estratégia de fresamento HSC apresentou a condição de menor força de usinagem RMS, 59,9 0,8 N, sendo 66% menor que a condição da Empresa e 71% menor que a HPC.
As médias RMS do material CL 23 resfriado ao forno também apresentou o mesmo comportamento da forças máximas. A condição HPC apresentou o valor de 222,3 1,5 N
seguido da condição da Empresa, cerca de 25% menor que a HPC, sendo 166,3 2,7 N e a
estratégia de usinagem HSC apresentou a condição de menor valor, 63,2 1,8 N, ou seja, 62% menor que a da Empresa e 72% mais baixo que a HPC.
Para o material CL 23 resfriado ao ar, o comportamento também se repetiu como o
das forças máximas. A condição HPC apresentou o maior valor, 217,2 3,7 N, seguido da
condição da Empresa, 22% menor que a HPC, sendo 168 0,4 N, e a condição HSC
alcançou a menor valor RMS, 59,6 1,2 N, sendo 73% mais baixo que HPC e 65% menor
Como se sabe, a área de corte pode ser calculada pela multiplicação do avanço da ferramenta pela profundidade de usinagem, sendo assim, quanto maiores forem esses parâmetros, maiores forças de corte ocorrerão. Portanto, a força de usinagem foi diretamente influenciada pela variação da área de corte, como pode-se ver nos resultados apresentados. A condição HPC apresentou a maior área de corte, 0,3 mm², e assim maiores esforços, quando comparada às outras condições. A condição baseada na da Empresa, com área de 0,225 mm², sofreu esforços intermediários e a condição HSC, com 0,08 mm², sofreu menores esforços.
Ao analisar a influência dos tratamentos térmicos do material da peça no valor RMS das forças de usinagem, observa-se que o resfriamento ao forno causou maiores patamares nas condições HPC e HSC, mas na condição baseada na da Empresa o material normalizado apresenta-se maior que os demais tratamentos. A amostra resfriada ao ar, considerando os desvios estatísticos, se igualou aos níveis de força RMS da condição resfriada ao forno (na condição da Empresa) e normalizada (na condição HSC). Essas análises indicam que as durezas estatisticamente iguais da amostra resfriada ao forno e normalizada ditaram sua alternância entre os valores máximos e que a maior dureza da amostra resfriada ao ar não foi suficiente para causar elevação na força de usinagem RMS.
Ao comparar as amplitudes das forças máximas para alguns materiais da peça, observa-se que os comportamentos de certos resultados diferiram-se em relação aos respectivos sinais da força RMS. A amostra normalizada, por exemplo, apresentou níveis de força máxima iguais entre as condições da Empresa e HPC, mas patamares distintos no valor RMS. A amostra resfriada ao ar, ao forno e normalizada alcançaram níveis de força máxima estatisticamente iguais na condição HSC, ao passo que no valor RMS, a amostra resfriada ao forno apresentou maior força. Essa diferença entre níveis de força pode ter ocorrido porque o cálculo da RMS considera todo o trem de pulsos (histórico) do sinal e o valor máximo é caracterizado pelo pico máximo obtido ao longo do sinal.
4.1.2 Energia Específica de Corte
A energia específica de corte é uma variável que representa a eficiência energética do processo e está sujeita à influência das condições de usinagem, do material da peça e da ferramenta de corte. Este item trata dos resultados obtidos e das respectivas discussões
propostas para energia específica. A Figura 4.3 apresenta os valores obtidos para energia específica de corte sob diferentes condições de corte e tratamentos térmicos do aço CL 23.
Figura 4.3 - Energia específica de corte para diferentes condições de corte e tratamentos térmicos do aço CL 23.
Analisando os valores obtidos para energia específica de corte, observa-se que a condição baseada na da Empresa apresentou os menores valores, seguidos da condição
HPC e HSC. Para o aço CL 23 normalizado, a energia específica atingiu valores de 3,73
0,07 J/mm³ para condição da Empresa, 3,84 0,01 J/mm³ para HPC e a maior energia
específica foi 4,17 0,13 J/mm³ para HSC. A condição HPC é 7,9% menor que a HSC, já a
condição da Empresa é 2,8% menor que a HPC e 10,5% menor que a da HSC.
O material CL 23 resfriado ao forno apresentou valores de energia específica de corte iguais a 4,43 0,08 J/mm³ para a HSC, 4,08 0,02 J/mm³ para a HPC (8% menor que
a HSC) e 3,50 0,03 J/mm³ para condição da Empresa (14,2% menor que a HPC e 21,1%
que a HSC).
Já o material resfriado ao ar apresentou 4,09 0,03 J/mm³ para a condição HSC, 4,0
0,01 J/mm³ para a HPC (2,4% menor que a HSC) e 3,52 0,04 J/mm³ para a condição da
A condição HSC, embora tenha alcançado as menores forças de usinagem, apresentou a menor área de corte, resultando em maiores valores da energia específica de corte. A condição HPC, com a maior área de corte, teve um valor intermediário para energia específica de corte, mesmo alcançando as maiores forças de usinagem. Finalmente, a estratégia de usinagem empregada pela empresa apresentou área de corte e forças de usinagem intermediárias, gerando os menores níveis de energia específica de corte. Assim, pode-se inferir que o comportamento da energia específica de corte depende de um balanço entre variações da força de usinagem e da área da seção de corte.
Ao analisar a taxa de remoção de material, tem-se que a condição HPC apresenta a maior taxa (9,555 cm³/min), seguida da HSC (4,075 cm³/min) e da condição da empresa (2,865cm³/min). Assim, apesar da condição HPC não ter o maior nível de energia especifica de corte, ela apresenta a maior taxa de remoção, conseguindo assim uma melhor eficiência no processo, pois a taxa de remoção por energia é maior em comparação com as outras duas estratégias de usinagem.
Ao analisar a influência dos tratamentos térmicos do material da peça na energia específica de corte, observa-se que o resfriamento ao forno causou maiores patamares nas condições HPC e HSC, mas na condição baseada na da Empresa, o material normalizado apresenta-se maior que os demais tratamentos. A amostra resfriada ao ar, considerando os desvios estatísticos, se igualou aos níveis de energia específica da condição resfriada ao forno (na condição da Empresa) e normalizada (na condição HSC). Essas análises indicam que as durezas estatisticamente iguais da amostra resfriada ao forno e normalizada ditaram sua alternância entre os valores máximos e que a maior dureza da amostra resfriada ao ar não foi suficiente para causar elevação na energia específica de corte.